گرافیک سه بعدی (گرافیک سه بعدی، سه بعدی تصویر، سه بعدی، سه بعدی روسی) بخشی از گرافیک کامپیوتری است، مجموعه ای از تکنیک ها و ابزارها (اعم از نرم افزار و سخت افزار) که برای به تصویر کشیدن اجسام سه بعدی طراحی شده است. اغلب برای ایجاد تصاویر بر روی صفحه نمایش یا ورق مواد چاپی در تجسم معماری، سینما، تلویزیون، بازی های رایانه ای، مواد چاپی و همچنین در علم و صنعت استفاده می شود.

یک تصویر سه بعدی در یک هواپیما از یک تصویر دو بعدی متفاوت است زیرا شامل ساخت یک طرح هندسی از یک مدل سه بعدی از صحنه بر روی یک هواپیما (مثلاً صفحه رایانه) با استفاده از برنامه های تخصصی است. در این حالت، مدل می‌تواند یا به اشیایی از دنیای واقعی (ماشین‌ها، ساختمان‌ها، طوفان، سیارک) مطابقت داشته باشد یا کاملاً انتزاعی باشد (طرح یک فراکتال چهار بعدی).

برای به دست آوردن یک تصویر سه بعدی در یک هواپیما، مراحل زیر مورد نیاز است:

مدلسازی - ایجاد یک مدل ریاضی سه بعدی از صحنه و اشیاء موجود در آن.

رندر (تجسم) - ساخت یک طرح ریزی مطابق با مدل فیزیکی انتخاب شده.

تصویر حاصل را به یک دستگاه خروجی - نمایشگر یا چاپگر ارسال کنید.

با این حال، به دلیل تلاش برای ایجاد نمایشگرهای سه بعدی و چاپگرهای سه بعدی، گرافیک سه بعدی لزوماً شامل نمایش بر روی هواپیما نیست.

مدل سازی

صحنه (فضای مدلسازی مجازی) شامل چندین دسته از اشیا است:

هندسه (مدلی که با استفاده از تکنیک های مختلف ساخته شده است، به عنوان مثال یک ساختمان)

مواد (اطلاعات در مورد ویژگی های بصری مدل، مانند رنگ دیوار و بازتاب پنجره)

منابع نور (جهت، قدرت، تنظیمات طیف نور)

دوربین های مجازی (انتخاب نقطه و زاویه نمایش)

نیروها و ضربه ها (تنظیمات اعوجاج دینامیکی اشیا که عمدتاً در انیمیشن استفاده می شود)

اثرات اضافی (اشیاء شبیه سازی پدیده های جوی: نور در مه، ابرها، شعله های آتش و غیره)

مشکل مدلسازی سه بعدی- این اشیاء را توصیف کنید و آنها را با استفاده از تبدیل های هندسی مطابق با الزامات تصویر آینده در صحنه قرار دهید.

تفسیر

در این مرحله، مدل فضایی ریاضی (بردار) به یک تصویر مسطح (رستری) تبدیل می‌شود. اگر می خواهید فیلمی بسازید، دنباله ای از چنین تصاویری - فریم ها - ارائه می شود. به عنوان یک ساختار داده، یک تصویر روی صفحه با ماتریسی از نقاط نشان داده می شود، که در آن هر نقطه با حداقل سه عدد تعریف می شود: شدت قرمز، آبی و سبز. به این ترتیب، رندر یک ساختار داده برداری سه بعدی را به یک ماتریس مسطح از پیکسل ها تبدیل می کند. این مرحله اغلب به محاسبات بسیار پیچیده نیاز دارد، به خصوص اگر قرار باشد توهم واقعیت ایجاد شود. ساده ترین شکل رندر، ترسیم طرح کلی مدل ها بر روی صفحه کامپیوتر با استفاده از طرح ریزی، همانطور که در بالا نشان داده شده است. معمولاً این کافی نیست و باید توهم موادی را ایجاد کنید که اجسام از آنها ساخته شده اند و همچنین اعوجاج این اشیاء را به دلیل رسانه های شفاف (مثلاً مایع در یک لیوان) محاسبه کنید.

چندین فناوری رندر وجود دارد که اغلب با هم ترکیب می شوند. مثلا:

Z-buffer (مورد استفاده در OpenGL و DirectX 10)؛

سطح اسکن رنگ پیکسل با رنگ آن سطح یکسان خواهد بود (گاهی اوقات با در نظر گرفتن نور و غیره).

ردیابی پرتو (ray tracing) همان اسکن لاین است، اما رنگ پیکسل با ساختن پرتوهای اضافی (بازتابیده، شکست و غیره) از نقطه تقاطع پرتو بیننده پالایش می شود. علیرغم نام، فقط از ردیابی پرتو معکوس استفاده می شود (یعنی از ناظر به منبع نور)، ردیابی پرتو مستقیم بسیار ناکارآمد است و منابع زیادی را برای به دست آوردن یک تصویر با کیفیت بالا مصرف می کند.

روشنایی جهانی (به انگلیسی: global illumination, radiosity) - محاسبه برهمکنش سطوح و رسانه ها در طیف مرئی تابش با استفاده از معادلات انتگرال.

خط بین الگوریتم های ردیابی پرتو اکنون تقریباً محو شده است. بنابراین، در 3D Studio Max، ویژوالایزر استاندارد رندر پیش فرض اسکن لاین نامیده می شود، اما نه تنها سهم نور منتشر، بازتابیده و ذاتی (رنگ خود درخشش) را در نظر می گیرد، بلکه سایه های هموار شده را نیز در نظر می گیرد. به همین دلیل، اغلب مفهوم Raycasting به ردیابی اشعه به عقب اشاره دارد و Raytracing به ردیابی پرتوی رو به جلو اشاره دارد.

محبوب ترین سیستم های رندر عبارتند از:

PhotoRealistic RenderMan (PRMan)

با توجه به حجم زیاد محاسبات مشابه، رندر را می توان به رشته ها (موازی) تقسیم کرد. بنابراین، برای رندر استفاده از سیستم های چند پردازنده بسیار مهم است. اخیراً سیستم های رندرینگی که به جای CPU از GPU استفاده می کنند، توسعه فعالی داشته است و امروزه کارایی آنها برای چنین محاسباتی بسیار بالاتر است. چنین سیستم هایی عبارتند از:

نرم افزار انکساری اکتان رندر

استودیوی AAA FurryBall

RandomControl ARION (هیبرید)

بسیاری از تولیدکنندگان سیستم های رندر CPU نیز در حال برنامه ریزی برای معرفی پشتیبانی از GPU (LuxRender، YafaRay، mental images iray) هستند.

پیشرفته ترین دستاوردها و ایده ها در گرافیک سه بعدی (و گرافیک کامپیوتری به طور کلی) در سمپوزیوم سالانه SIGGRAPH که به طور سنتی در ایالات متحده برگزار می شود، گزارش و مورد بحث قرار می گیرد.

احتمالاً در حال خواندن این مقاله بر روی صفحه نمایش مانیتور رایانه یا دستگاه تلفن همراه هستید - نمایشگری که ابعاد، ارتفاع و عرض واقعی دارد. اما وقتی مثلا کارتون Toy Story را تماشا می کنید یا بازی Tomb Raider را بازی می کنید، به دنیایی سه بعدی نگاه می کنید. یکی از شگفت انگیزترین چیزها در مورد دنیای سه بعدی این است که جهانی که می بینید می تواند دنیایی باشد که ما در آن زندگی می کنیم، جهانی که فردا در آن زندگی خواهیم کرد یا دنیایی که فقط در ذهن سازندگان فیلم یا بازی زندگی می کند. و همه این دنیاها می توانند فقط در یک صفحه ظاهر شوند - این حداقل جالب است.
چگونه یک کامپیوتر چشمان ما را فریب می دهد تا فکر کنیم وقتی به یک صفحه تخت نگاه می کنیم، عمق تصویر ارائه شده را می بینیم؟ چگونه توسعه دهندگان بازی مطمئن می شوند که ما شخصیت های واقعی را در حال حرکت در یک منظره واقعی می بینیم؟ امروز در مورد ترفندهای بصری که توسط طراحان گرافیک استفاده می شود و اینکه چگونه همه چیز طراحی شده و برای ما بسیار ساده به نظر می رسد، به شما خواهم گفت. در واقع، همه چیز ساده نیست و برای اینکه بدانید گرافیک سه بعدی چگونه است، به قسمت برش بروید - در آنجا یک داستان جذاب خواهید دید که مطمئنم با لذتی بی سابقه در آن غوطه ور خواهید شد.

چه چیزی یک تصویر را سه بعدی می کند؟

تصویری که دارای ارتفاع، عرض و عمق است یا به نظر می رسد دارای سه بعدی است (سه بعدی). تصویری که دارای ارتفاع و عرض است اما عمق ندارد، دو بعدی است (2 بعدی). به من یادآوری کن که تصاویر دو بعدی را از کجا پیدا می کنی؟ - تقریبا همه جا. حتی نماد معمولی روی در توالت را به خاطر بسپارید که نشان دهنده یک غرفه برای یک یا جنس دیگر است. نمادها به گونه ای طراحی شده اند که با یک نگاه بتوانید آنها را تشخیص دهید و تشخیص دهید. به همین دلیل آنها فقط از ابتدایی ترین اشکال استفاده می کنند. اطلاعات دقیق تر در مورد یک نماد می تواند به شما بگوید که آن شخص کوچکی که روی در آویزان شده است چه نوع لباسی می پوشد یا رنگ موهای او، مانند نماد درب توالت زنانه. این یکی از تفاوت‌های اصلی بین نحوه استفاده از گرافیک‌های سه‌بعدی و دو بعدی است: گرافیک‌های دوبعدی ساده و به یاد ماندنی هستند، در حالی که گرافیک‌های سه‌بعدی از جزئیات بیشتری استفاده می‌کنند و اطلاعات بسیار بیشتری را در یک شی به ظاهر معمولی بسته‌بندی می‌کنند.

به عنوان مثال، مثلث ها دارای سه خط و سه زاویه هستند - همه چیزهایی که برای تشخیص اینکه مثلث از چه چیزی تشکیل شده و به طور کلی نشان دهنده چه چیزی است، لازم است. با این حال، از طرف دیگر به مثلث نگاه کنید - هرم یک ساختار سه بعدی با چهار ضلع مثلثی است. لطفاً توجه داشته باشید که در این مورد قبلاً شش خط و چهار گوشه وجود دارد - این همان چیزی است که هرم از آن تشکیل شده است. ببینید چگونه یک جسم معمولی می تواند سه بعدی شود و حاوی اطلاعات بسیار بیشتری باشد که برای بیان داستان یک مثلث یا هرم لازم است.

برای صدها سال، هنرمندان از برخی ترفندهای بصری استفاده کرده اند که می تواند یک تصویر دو بعدی مسطح را مانند پنجره ای به دنیای سه بعدی واقعی جلوه دهد. شما می توانید جلوه مشابهی را در یک عکس معمولی مشاهده کنید که می توانید آن را اسکن کرده و روی مانیتور کامپیوتر مشاهده کنید: اشیاء در عکس وقتی دورتر هستند کوچکتر به نظر می رسند. اشیاء نزدیک به لنز دوربین در فوکوس هستند، به این معنی که، بر این اساس، همه چیز در پشت اشیاء در فوکوس تار است. اگر سوژه به آن نزدیک نباشد، رنگ‌ها کمتر زنده می‌شوند. وقتی امروز در مورد گرافیک سه بعدی در رایانه صحبت می کنیم، در مورد تصاویری صحبت می کنیم که حرکت می کنند.

گرافیک سه بعدی چیست؟

برای بسیاری از ما، بازی در رایانه شخصی، دستگاه تلفن همراه یا به طور کلی یک سیستم بازی پیشرفته، بارزترین مثال و روش رایجی است که از طریق آن می‌توانیم گرافیک سه بعدی را در نظر بگیریم. همه این بازی‌های رایانه‌ای و فیلم‌های جالب باید سه مرحله اساسی را برای ایجاد و ارائه صحنه‌های سه‌بعدی واقع‌گرایانه طی کنند:

1. ایجاد دنیای سه بعدی مجازی
2. تعیین اینکه کدام قسمت از جهان روی صفحه نمایش داده می شود
3. تعیین اینکه یک پیکسل روی صفحه چگونه به نظر می رسد تا تصویر کامل تا حد امکان واقعی به نظر برسد

ایجاد دنیای سه بعدی مجازی
دنیای سه بعدی مجازی البته با دنیای واقعی یکسان نیست. ایجاد یک دنیای سه بعدی مجازی یک کار پیچیده بر روی تجسم رایانه ای از دنیایی شبیه به دنیای واقعی است که برای ایجاد آن از تعداد زیادی ابزار استفاده می شود و جزئیات بسیار بالایی را شامل می شود. به عنوان مثال، بخش بسیار کوچکی از دنیای واقعی را در نظر بگیرید - دست خود و دسکتاپ زیر آن. دست شما دارای ویژگی های خاصی است که تعیین می کند چگونه می تواند حرکت کند و در خارج ظاهر شود. مفاصل انگشت فقط به سمت کف دست خم می شوند و نه در مقابل آن. اگر به میز ضربه بزنید، هیچ اقدامی برای آن اتفاق نمی افتد - جدول جامد است. بر این اساس، دست شما نمی تواند از دسکتاپ شما عبور کند. می توانید با نگاه کردن به چیزی طبیعی ثابت کنید که این جمله درست است، اما در دنیای سه بعدی مجازی همه چیز کاملاً متفاوت است - در دنیای مجازی هیچ طبیعتی وجود ندارد، برای مثال هیچ چیز طبیعی مانند دست شما وجود ندارد. اشیاء در دنیای مجازی کاملاً مصنوعی هستند - این تنها ویژگی هایی است که با استفاده از نرم افزار به آنها داده شده است. برنامه نویسان از ابزارهای ویژه ای استفاده می کنند و جهان های مجازی سه بعدی را با دقت بسیار زیاد طراحی می کنند تا اطمینان حاصل کنند که همه چیز همیشه به شیوه ای خاص رفتار می کند.

چه بخشی از دنیای مجازی روی صفحه نمایش داده می شود؟
در هر زمان، صفحه نمایش تنها بخش کوچکی از دنیای سه بعدی مجازی ایجاد شده برای بازی رایانه ای را نشان می دهد. آنچه روی صفحه نمایش داده می‌شود ترکیب خاصی از روش‌هایی است که در آن جهان تعریف می‌شود، جایی که شما تصمیم می‌گیرید کجا بروید و چه چیزی را ببینید. مهم نیست کجا می روید - جلو یا عقب، بالا یا پایین، چپ یا راست - دنیای سه بعدی مجازی اطراف شما تعیین می کند که وقتی در یک موقعیت خاص هستید چه چیزی را می بینید. آنچه می بینید از یک صحنه به صحنه دیگر معنا پیدا می کند. اگر از همان فاصله، صرف نظر از جهت، به جسمی نگاه کنید، باید بلند به نظر برسد. هر جسمی باید به گونه ای نگاه و حرکت کند که شما باور کنید جرم آن با جسم واقعی برابر است، به اندازه جسم واقعی سخت یا نرم است و غیره.

برنامه نویسانی که بازی های رایانه ای می نویسند تلاش زیادی برای طراحی دنیای مجازی سه بعدی و ساختن آنها به گونه ای انجام می دهند که بتوانید بدون مواجهه با چیزی که باعث می شود فکر کنید "این در این دنیا نمی تواند اتفاق بیفتد!" آخرین چیزی که می خواهید ببینید دو جسم جامد است که می توانند درست از یکدیگر عبور کنند. این یک یادآوری آشکار است که هر چیزی که می بینید ساختگی است. مرحله سوم حداقل به اندازه دو مرحله دیگر محاسبات بیشتری را شامل می شود و همچنین باید در زمان واقعی انجام شود.

در سمت چپ گرافیک کامپیوتری، در سمت راست یک بازیگر موکاپ است

نورپردازی و پرسپکتیو

وقتی وارد اتاق می شوید، چراغ را روشن می کنید. احتمالاً زمان زیادی را صرف این نمی‌کنید که واقعاً چگونه کار می‌کند و چگونه نور از لامپ می‌آید و در اتاق حرکت می‌کند. اما افرادی که با گرافیک سه بعدی کار می کنند باید به این موضوع فکر کنند زیرا تمام سطوح و فریم های اطراف و مواردی از این قبیل باید روشن شوند. یکی از روش‌ها، ردیابی پرتو، شامل بخش‌هایی از مسیری است که پرتوهای نور هنگام خروج از لامپ، جهش از آینه‌ها، دیوارها و سایر سطوح بازتابنده، و در نهایت فرود بر روی اجسام با شدت‌های متفاوت از زوایای مختلف، طی می‌کنند. این مشکل است، زیرا یک لامپ می تواند یک پرتو تولید کند، اما در اکثر اتاق ها از چندین منبع نور استفاده می شود - چندین لامپ، لامپ سقفی (لوستر)، لامپ های کف، پنجره ها، شمع ها و غیره.

نور در دو افکتی که ظاهر، وزن و استحکام بیرونی اشیا را می بخشد، نقش کلیدی دارد: تاریکی و سایه. اولین اثر، سایه زدن، جایی است که نور بیشتری از یک طرف به یک جسم می‌تابد تا از طرف دیگر. سایه به سوژه طبیعت گرایی زیادی می بخشد. این سایه باعث می شود چین های پتو عمیق و نرم شوند و گونه های بلند برجسته به نظر برسند. این تفاوت ها در شدت نور این توهم کلی را تقویت می کند که یک جسم دارای عمق و همچنین ارتفاع و عرض است. توهم جرم ناشی از اثر دوم است - سایه.

جامدات زمانی که نور روی آنها می افتد سایه می اندازند. وقتی سایه ای را که ساعت آفتابی یا درختی روی پیاده رو می اندازد، مشاهده می کنید. بنابراین، ما عادت کرده ایم که اشیاء واقعی را ببینیم و افرادی را که سایه می اندازند. در حالت سه بعدی، سایه دوباره این توهم را تقویت می کند و به جای صفحه نمایشی از اشکال ریاضی ایجاد شده، جلوه حضور در دنیای واقعی را ایجاد می کند.

چشم انداز
پرسپکتیو کلمه ای است که می تواند معانی زیادی داشته باشد، اما در واقع یک اثر ساده را توصیف می کند که همه دیدند. اگر در کنار جاده ای طولانی و مستقیم بایستید و به دوردست نگاه کنید، به نظر می رسد که هر دو طرف جاده در یک نقطه از افق به هم نزدیک می شوند. همچنین، اگر درختان نزدیک جاده باشند، درختان دورتر کوچکتر از درختان نزدیک به شما به نظر می رسند. در واقع به نظر می رسد که درختان در نقطه خاصی در افق شکل گرفته در نزدیکی جاده همگرا شوند، اما اینطور نیست. هنگامی که تمام اشیاء در یک صحنه به نظر می رسد که در نهایت در یک نقطه از دور همگرا می شوند، این پرسپکتیو است. انواع مختلفی از این افکت وجود دارد، اما اکثر گرافیک های سه بعدی از همان دیدگاهی که من توضیح دادم استفاده می کنند.

عمق میدان

یکی دیگر از جلوه های نوری که با موفقیت برای ایجاد اشیاء گرافیکی سه بعدی استفاده می شود، عمق میدان است. با استفاده از مثال من در مورد درختان، علاوه بر موارد فوق، یک اتفاق جالب دیگر نیز رخ می دهد. اگر به درختانی که نزدیک شما هستند نگاه کنید، درختانی که دورتر هستند به نظر می رسد که فوکوس ندارند. کارگردانان فیلم و انیماتورهای کامپیوتری از این افکت یعنی عمق میدان برای دو منظور استفاده می کنند. اولین مورد تقویت توهم عمق در صحنه ای است که کاربر مشاهده می کند. هدف دوم این است که استفاده کارگردانان از عمق میدان، توجه آنها را بر موضوعات یا بازیگرانی متمرکز کند که بیشترین اهمیت را دارند. برای جلب توجه شما به شخص دیگری غیر از قهرمان یک فیلم، برای مثال، ممکن است از «عمق میدان کم» استفاده شود، جایی که فقط بازیگر در کانون توجه است. صحنه‌ای که به گونه‌ای طراحی شده است که به شما یک تصور کامل بدهد، در عوض از «عمق میدان» استفاده می‌کند تا تا حد ممکن اشیا را در فوکوس نگه دارد و بنابراین برای بیننده قابل مشاهده باشد.

صاف کردن

اثر دیگری که به فریب دادن چشم نیز وابسته است، ضدآلیاسینگ است. سیستم های گرافیک دیجیتال در ایجاد خطوط واضح بسیار خوب هستند. اما همچنین اتفاق می‌افتد که خطوط مورب دست بالا را دارند (آنها اغلب در دنیای واقعی ظاهر می‌شوند، و سپس کامپیوتر خطوطی را که بیشتر یادآور نردبان‌ها هستند بازتولید می‌کند (فکر می‌کنم وقتی جسم تصویر را با جزئیات بررسی می‌کنید، می‌دانید که نردبان چیست. )). بنابراین، برای فریب دادن چشم شما برای دیدن یک منحنی یا خط صاف، کامپیوتر می تواند سایه های رنگ خاصی را به ردیف پیکسل های اطراف خط اضافه کند. با این "رنگ خاکستری" پیکسل ها، کامپیوتر در واقع چشمان شما را فریب می دهد و در عین حال شما فکر می کنید که دیگر پله های ناهمواری وجود ندارد. این فرآیند افزودن پیکسل‌های رنگی اضافی برای فریب دادن چشم، ضد الایاسینگ نامیده می‌شود و یکی از تکنیک‌هایی است که به صورت دستی توسط گرافیک‌های کامپیوتری سه بعدی ایجاد می‌شود. یکی دیگر از کارهای چالش برانگیز برای کامپیوتر ایجاد انیمیشن سه بعدی است که نمونه ای از آن در قسمت بعدی به شما ارائه خواهد شد.

نمونه های واقعی

وقتی تمام ترفندهایی که در بالا توضیح دادم با هم برای ایجاد یک صحنه واقعی خیره‌کننده استفاده می‌شوند، نتیجه تلاش‌ها را برآورده می‌کند. جدیدترین بازی‌ها، فیلم‌ها و اشیاء تولید شده توسط ماشین با پس‌زمینه‌های عکاسی ترکیب می‌شوند تا توهم را تقویت کنند. وقتی عکس‌ها و صحنه‌های کامپیوتری را با هم مقایسه می‌کنید، می‌توانید نتایج شگفت‌انگیزی ببینید.

عکس بالا یک دفتر معمولی را نشان می دهد که از پیاده رو به عنوان ورودی استفاده می کند. در یکی از عکس های زیر یک توپ ساده ساده در پیاده رو قرار داده شده و از صحنه عکس گرفته شده است. عکس سوم نشان دهنده استفاده از یک برنامه گرافیکی کامپیوتری است که توپی را ایجاد کرد که در واقع در این عکس وجود ندارد. آیا می توانید بگویید که بین این دو عکس تفاوت قابل توجهی وجود دارد؟ فکر میکنم نه.

ایجاد انیمیشن و ظاهر اکشن زنده

تاکنون ابزارهایی را بررسی کرده‌ایم که هر تصویر دیجیتالی را واقعی‌تر نشان می‌دهند - چه تصویر ثابت یا بخشی از یک دنباله انیمیشن باشد. اگر این یک سکانس متحرک باشد، برنامه‌نویسان و طراحان از ترفندهای بصری متفاوت‌تری استفاده می‌کنند تا به‌جای تصاویر تولید شده توسط کامپیوتر، شبیه به «اکشن زنده» به نظر برسد.

چند فریم در ثانیه؟
وقتی برای دیدن یک فیلم پرفروش در سینمای محلی می روید، دنباله ای از تصاویر به نام فریم با سرعت 24 فریم در ثانیه اجرا می شود. از آنجایی که شبکیه چشم ما یک تصویر را برای مدت کمی بیشتر از 1/24 ثانیه حفظ می کند، چشمان بیشتر افراد این فریم ها را در یک تصویر پیوسته از حرکت و عمل ترکیب می کند.

اگر متوجه نشدید که چه چیزی نوشتم، بیایید اینگونه به آن نگاه کنیم: این بدان معناست که هر فریم از یک فیلم، عکسی است که با سرعت شاتر (اکسپوژر) 1/24 ثانیه گرفته شده است. بنابراین، اگر به یکی از فریم‌های متعدد یک فیلم مسابقه‌ای نگاه کنید، می‌بینید که برخی از اتومبیل‌های مسابقه‌ای «تار» هستند، زیرا در حالی که دوربین باز بود با سرعت بالا رانندگی می‌کردند. این تاری اشیا که با حرکت سریع ایجاد می‌شود همان چیزی است که ما به دیدن آن عادت کرده‌ایم، و بخشی از چیزی است که وقتی به تصویر روی صفحه نگاه می‌کنیم، آن را برای ما واقعی می‌کند.

با این حال، تصاویر دیجیتال سه بعدی عکس نیستند، بنابراین وقتی سوژه در طول عکسبرداری در کادر حرکت می کند، هیچ اثر تاری ایجاد نمی شود. برای واقعی‌تر کردن تصاویر، برنامه‌نویسان باید به صراحت تاری را اضافه کنند. برخی از طراحان بر این باورند که بیش از 30 فریم در ثانیه برای "غلبه بر" این کمبود تاری طبیعی نیاز است، به همین دلیل است که بازی ها به سطح بعدی - 60 فریم در ثانیه - هدایت شده اند. در حالی که این اجازه می دهد تا هر تصویر جداگانه با جزئیات عالی ظاهر شود و اجسام متحرک را با افزایش های کوچکتر نمایش دهد، تعداد فریم ها را برای یک دنباله اکشن متحرک به طور قابل توجهی افزایش می دهد. بخش‌های معین دیگری از تصاویر وجود دارد که در آنها باید رندر دقیق رایانه‌ای به خاطر واقع‌گرایی قربانی شود. این هم در مورد اجسام متحرک و هم برای اجسام ثابت صدق می کند، اما این داستان کاملاً متفاوت است.

بیایید به آخر برسیم

گرافیک کامپیوتری با ایجاد و تولید طیف گسترده ای از اشیاء و صحنه های متحرک و غیر متحرک واقعاً واقع گرایانه به شگفتی تمام جهان ادامه می دهد. از 80 ستون و 25 خط متن تک رنگ، گرافیک پیشرفت قابل توجهی داشته است، و نتیجه واضح است - میلیون ها نفر بازی می کنند و انواع مختلفی از شبیه سازی ها را با فناوری امروزی اجرا می کنند. پردازنده‌های سه بعدی جدید نیز حضور خود را احساس می‌کنند - به لطف آنها، ما قادر خواهیم بود به معنای واقعی کلمه جهان‌های دیگر را کاوش کنیم و چیزهایی را تجربه کنیم که هرگز جرات امتحان کردن در زندگی واقعی را نداشتیم. در نهایت، به مثال توپ برگردیم: این صحنه چگونه ایجاد شد؟ پاسخ ساده است: تصویر دارای یک توپ کامپیوتری است. به راحتی نمی توان گفت کدام یک از این دو اصل است، درست است؟ دنیای ما شگفت‌انگیز است و باید مطابق آن زندگی کنیم. امیدوارم برای شما جالب بوده باشد و اطلاعات جالب دیگری را یاد گرفته باشید.

گرافیک سه بعدی لزوماً شامل نمایش بر روی هواپیما نیست.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5

✪ نظریه گرافیک سه بعدی، درس 01 - مقدمه ای بر گرافیک سه بعدی

✪ گرافیک کامپیوتری در سینما

✪ سخنرانی 1 | گرافیک کامپیوتری | ویتالی گالینسکی | لکتوریوم

✪ 12 - گرافیک کامپیوتری. مفاهیم اولیه گرافیک کامپیوتری

✪ سخنرانی 4 | گرافیک کامپیوتری | ویتالی گالینسکی | لکتوریوم

زیرنویس

کاربرد

گرافیک سه بعدی به طور فعال برای ایجاد تصاویر بر روی صفحه نمایشگر یا ورقی از مواد چاپی در علم و صنعت استفاده می شود، به عنوان مثال، در سیستم های اتوماسیون طراحی (CAD؛ برای ایجاد عناصر جامد: ساختمان ها، قطعات ماشین، مکانیسم ها)، تجسم معماری. (این همچنین شامل به اصطلاح "باستان شناسی مجازی" می شود)، در سیستم های تجسم پزشکی مدرن.

گسترده ترین استفاده در بسیاری از بازی های رایانه ای مدرن و همچنین به عنوان عنصری از سینما، تلویزیون و محصولات چاپی است.

گرافیک سه بعدی معمولاً با فضای سه بعدی مجازی و خیالی سروکار دارد که بر روی سطح صاف و دو بعدی یک صفحه نمایش یا ورق کاغذ نمایش داده می شود. در حال حاضر، چندین روش برای نمایش اطلاعات سه بعدی به شکل حجمی شناخته شده است، اگرچه اکثر آنها ویژگی های حجمی را بسیار مشروط نشان می دهند، زیرا با یک تصویر استریو کار می کنند. از این ناحیه می‌توان به عینک‌های استریو، کلاه‌های ایمنی مجازی، نمایشگرهای سه بعدی با قابلیت نمایش تصویر سه‌بعدی اشاره کرد. چندین سازنده نمایشگرهای سه بعدی آماده تولید را به نمایش گذاشته اند. با این حال، نمایشگرهای سه بعدی هنوز اجازه ایجاد یک کپی فیزیکی کامل و ملموس از مدل ریاضی ایجاد شده توسط روش های گرافیکی سه بعدی را نمی دهند. فناوری های نمونه سازی سریع که از دهه 1990 در حال توسعه بوده اند، این شکاف را از بین می برند. لازم به ذکر است که فناوری های نمونه سازی سریع از نمایش مدل ریاضی یک جسم در قالب یک جسم جامد (مدل وکسل) استفاده می کنند.

ایجاد

برای به دست آوردن یک تصویر سه بعدی در یک هواپیما، مراحل زیر مورد نیاز است:

• مدل سازی- ایجاد یک مدل ریاضی سه بعدی از صحنه و اشیاء موجود در آن.
• بافت- تخصیص بافت های شطرنجی یا رویه ای به سطوح مدل (همچنین مستلزم تنظیم ویژگی های مواد - شفافیت، بازتاب، زبری و غیره) است.
• روشنایی- نصب و پیکربندی؛
• انیمیشن(در بعضی موارد) - حرکت دادن به اشیاء;
• شبیه سازی پویا(در برخی موارد) - محاسبه خودکار برهمکنش ذرات، اجسام سخت / نرم و غیره با نیروهای شبیه سازی شده گرانش، باد، شناوری و غیره و همچنین با یکدیگر.
• تفسیر(تجسم) - ساخت یک طرح مطابق با مدل فیزیکی انتخاب شده.
• ترکیب کردن(طرح بندی) - اصلاح تصویر؛
• تصویر حاصل را به یک دستگاه خروجی - یک صفحه نمایش یا یک چاپگر خاص، خروجی بگیرید.

مدل سازی

محبوب ترین بسته های صرفا برای مدل سازی عبارتند از:

• رابرت مک نیل و دانشیار Rhinoceros 3D ;

برای ایجاد یک مدل سه بعدی از یک شخص یا موجود، می توان از Sculpture به عنوان نمونه اولیه (در بیشتر موارد) استفاده کرد.

بافت سازی

SketchUp

تجسم گرافیک سه بعدی در بازی ها و برنامه ها

تعدادی کتابخانه نرم افزاری برای تجسم گرافیک سه بعدی در برنامه های کاربردی وجود دارد - DirectX، OpenGL و غیره.

تعدادی رویکرد برای ارائه گرافیک سه بعدی در بازی ها وجود دارد - سه بعدی کامل، شبه سه بعدی.

چنین بسته هایی حتی همیشه به کاربر اجازه نمی دهند که مدل سه بعدی را مستقیماً کار کند، به عنوان مثال، بسته OpenSCAD وجود دارد، مدلی که در آن با اجرای یک اسکریپت تولید شده توسط کاربر نوشته شده در یک زبان تخصصی شکل می گیرد.

نمایشگرهای سه بعدی

نمایشگرهای سه بعدی یا استریوسکوپی، (نمایشگر سه بعدی، صفحه نمایش سه بعدی) - نمایشگری که از طریق استریوسکوپیک یا جلوه های دیگر، توهم حجم واقعی را در تصاویر نمایش داده شده ایجاد می کند.

در حال حاضر، اکثریت قریب به اتفاق تصاویر سه بعدی با استفاده از افکت استریوسکوپی نمایش داده می شوند، زیرا اجرای آن ساده ترین است، اگرچه استفاده از استریوسکوپی به تنهایی نمی تواند برای درک سه بعدی کافی نامیده شود. چشم انسان، چه به صورت جفت و چه به تنهایی، اجسام سه بعدی را از تصاویر مسطح به خوبی تشخیص می دهد. ] .

گرافیک سه بعدی امروزه چنان در زندگی ما جا افتاده است که گاهی حتی به جلوه های آن توجه نمی کنیم.

با نگاهی به بیلبوردی که فضای داخلی یک اتاق را به تصویر می‌کشد یا یک ویدیوی تبلیغاتی درباره بستنی، تماشای فریم‌های یک فیلم اکشن، نمی‌دانیم که پشت همه این‌ها کار پر زحمت یک استاد گرافیک سه بعدی نهفته است.

گرافیک سه بعدی است

گرافیک سه بعدی (گرافیک سه بعدی)یک نوع خاص از گرافیک کامپیوتری است - مجموعه ای از روش ها و ابزارهایی که برای ایجاد تصاویر از اشیاء سه بعدی (اشیاء سه بعدی) استفاده می شود.

تشخیص یک تصویر سه بعدی از یک تصویر دو بعدی دشوار نیست، زیرا شامل ایجاد یک طرح هندسی از یک مدل سه بعدی صحنه بر روی هواپیما با استفاده از محصولات نرم افزاری تخصصی است. مدل به دست آمده می تواند یک شی از واقعیت باشد، به عنوان مثال یک مدل از یک خانه، یک ماشین، یک ستاره دنباله دار، یا می تواند کاملا انتزاعی باشد. فرآیند ساخت چنین مدل سه بعدی نامیده می شود و در ابتدا با هدف ایجاد یک تصویر سه بعدی بصری از شی مدل شده است.

امروزه، بر اساس گرافیک سه بعدی، می توانید یک کپی بسیار دقیق از یک شی واقعی ایجاد کنید، چیزی جدید ایجاد کنید و غیرواقعی ترین ایده های طراحی را زنده کنید.

فناوری‌های گرافیک سه‌بعدی و فناوری‌های پرینت سه‌بعدی در بسیاری از زمینه‌های فعالیت‌های انسانی نفوذ کرده‌اند و سود زیادی به همراه دارند.

تصاویر سه بعدی هر روز ما را در تلویزیون، در فیلم ها، در حین کار با رایانه و بازی های سه بعدی، از روی بیلبوردها بمباران می کنند که به وضوح قدرت و دستاوردهای گرافیک سه بعدی را نشان می دهد.

از دستاوردهای گرافیک سه بعدی مدرن در صنایع زیر استفاده می شود

1. فیلمبرداری و انیمیشن- ایجاد شخصیت های سه بعدی و جلوه های ویژه واقعی . ساخت بازی های کامپیوتری- توسعه شخصیت های سه بعدی، محیط های واقعیت مجازی، اشیاء سه بعدی برای بازی ها.
2. تبلیغات- قابلیت های گرافیک سه بعدی به شما این امکان را می دهد که با استفاده از گرافیک های سه بعدی محصولی را به صورت سودمند به بازار ارائه دهید، می توانید توهم یک پیراهن سفید کریستالی یا بستنی میوه ای خوشمزه را با چیپس های شکلاتی و غیره ایجاد کنید. در عین حال در واقعیت ممکن است کالای تبلیغ شده کاستی های زیادی داشته باشد که به راحتی پشت تصاویر زیبا و باکیفیت پنهان می شود.
3. طراحی داخلی- طراحی و توسعه طراحی داخلی امروزه نیز نمی تواند بدون گرافیک سه بعدی انجام شود. فن آوری های سه بعدی امکان ایجاد مدل های سه بعدی واقع گرایانه از مبلمان (مبل، صندلی، صندلی، صندوق امانات و غیره)، تکرار دقیق هندسه شی و ایجاد تقلیدی از مواد را ممکن می کند. با استفاده از گرافیک سه بعدی می توانید ویدیویی بسازید که تمام طبقات ساختمان طراحی شده را که ممکن است هنوز شروع به ساخت نکرده باشد، نشان دهد.

مراحل ایجاد یک تصویر سه بعدی

برای به دست آوردن یک تصویر سه بعدی از یک شی، باید مراحل زیر را انجام دهید

1. مدل سازی- ساخت یک مدل ریاضی سه بعدی از صحنه عمومی و اشیاء آن.
2. بافت سازیشامل اعمال بافت بر روی مدل های ایجاد شده، تنظیم مواد و واقعی جلوه دادن مدل ها است.
3. تنظیمات نورپردازی.
4. (اشیاء متحرک).
5. تفسیر- فرآیند ایجاد یک تصویر از یک شی با استفاده از مدلی که قبلا ایجاد شده است.
6. ترکیب یا ترکیب- پس پردازش تصویر حاصل.

مدل سازی- ایجاد فضای مجازی و اشیاء درون آن، شامل ایجاد هندسه های مختلف، مواد، منابع نور، دوربین های مجازی، جلوه های ویژه اضافی است.

رایج ترین محصولات نرم افزاری برای مدل سازی سه بعدی عبارتند از: Autodesk 3D max، Pixologic Zbrush، Blender.

بافت سازییک پوشش روی سطح یک مدل سه بعدی ایجاد شده از یک تصویر شطرنجی یا برداری است که به شما امکان می دهد خواص و مواد یک شی را نمایش دهید.

نورپردازی- ایجاد، تنظیم جهت و تنظیم منابع روشنایی در صحنه ایجاد شده. ویرایشگرهای گرافیکی سه بعدی، به طور معمول، از انواع منابع نور زیر استفاده می کنند: نور نقطه ای (پرتوهای واگرا)، نور همه جانبه (نور همه جهته)، نور جهت (پرتوهای موازی)، و غیره. برخی از ویرایشگرها امکان ایجاد منبع درخشندگی حجمی را فراهم می کنند. (نور کروی).

گرافیک سه بعدی فرآیند ایجاد یک مدل سه بعدی با استفاده از برنامه های کامپیوتری خاص است. این نوع گرافیک کامپیوتری از گرافیک های کامپیوتری وکتور و همچنین شطرنجی بسیار جذب شده است. بر اساس نقشه ها، نقشه ها، توضیحات دقیق یا هر اطلاعات گرافیکی یا متنی دیگری، یک طراح سه بعدی یک تصویر سه بعدی ایجاد می کند.

در یک برنامه خاص، مدل را می توان از همه طرف (بالا، پایین، کنار)، در هر صفحه و در هر محیطی مشاهده کرد. گرافیک های کامپیوتری سه بعدی، مانند گرافیک های برداری، شی گرا هستند، که به شما امکان می دهد همه عناصر یک صحنه سه بعدی و همچنین هر شی را به صورت جداگانه تغییر دهید. این نوع گرافیک کامپیوتری پتانسیل بالایی برای پشتیبانی از ترسیم فنی دارد. با استفاده از ویرایشگرهای گرافیکی گرافیک کامپیوتری سه بعدی، می توانید تصاویر بصری از قطعات و محصولات مهندسی مکانیک ایجاد کنید و همچنین نمونه سازی ساختمان ها و اشیاء معماری مورد مطالعه در بخش مربوطه نقشه معماری و ساخت و ساز را انجام دهید. در کنار این، می توان برای بخش هایی از هندسه توصیفی مانند پرسپکتیو، آکسونومتری و پیش بینی های متعامد، پشتیبانی گرافیکی ارائه داد، زیرا اصول ساخت تصاویر در گرافیک سه بعدی کامپیوتری تا حدی از آنها وام گرفته شده است.

گرافیک سه بعدی می تواند هر پیچیدگی داشته باشد. شما می توانید یک مدل سه بعدی ساده، با جزئیات کم و شکل ساده ایجاد کنید. یا می تواند یک مدل پیچیده تر باشد، که در آن کوچکترین جزئیات، بافت ها کار می شود، تکنیک های حرفه ای استفاده می شود (سایه ها، بازتاب ها، شکست نور و غیره). البته این به طور جدی بر هزینه مدل سه بعدی تمام شده تأثیر می گذارد، اما به شما امکان می دهد استفاده از مدل سه بعدی را گسترش دهید.

گرافیک سه بعدی کجا استفاده می شود؟

مدل سازی سه بعدی (گرافیک سه بعدی) امروزه در بسیاری از زمینه ها استفاده می شود. البته اول از همه این ساخت و ساز است. این می تواند مدلی از یک خانه آینده باشد، یا یک ساختمان خصوصی، آپارتمانی یا اداری، یا در واقع هر تاسیسات صنعتی. علاوه بر این، تجسم به طور فعال در پروژه های طراحی داخلی استفاده می شود.

مدل های سه بعدی در توسعه وب سایت بسیار محبوب هستند. برای ایجاد یک جلوه خاص، برخی از سازندگان وب سایت نه تنها عناصر گرافیکی را به طراحی اضافه می کنند، بلکه مدل های سه بعدی، حتی گاهی اوقات متحرک را نیز به طراحی اضافه می کنند. برنامه‌ها و فن‌آوری‌های مدل‌سازی سه‌بعدی به طور گسترده در تولید، به عنوان مثال، در تولید مبلمان کابینت، و برای مثال در ساخت و ساز، برای ایجاد یک پروژه طراحی واقعی برای یک اتاق آینده استفاده می‌شود. بسیاری از طراحان مدت‌هاست که از استفاده از خط‌کش و مداد به برنامه‌های کامپیوتری سه بعدی مدرن رفته‌اند. به تدریج، شرکت های دیگر، عمدتاً تولیدی و تجاری، بر فناوری های جدید تسلط پیدا می کنند.

البته مدل های سه بعدی عمدتاً برای اهداف نمایشی استفاده می شوند. آنها برای ارائه ها، نمایشگاه ها ضروری هستند و همچنین در کار با مشتریان در مواقعی که لازم است به وضوح نشان داده شود که نتیجه نهایی چیست استفاده می شود. علاوه بر این، روش‌های مدل‌سازی سه‌بعدی در مواردی که لازم است اشیاء تمام‌شده یا اشیایی که زمانی وجود داشته‌اند را در حجم نشان دهیم، مورد نیاز است. مدل سازی سه بعدی نه تنها آینده، بلکه گذشته و حال است.

مزایای مدل سازی سه بعدی

مدل سازی سه بعدی مزایای زیادی نسبت به سایر روش های تجسم دارد. مدل سازی سه بعدی مدل بسیار دقیقی را ارائه می دهد که تا حد امکان به واقعیت نزدیک است. برنامه های مدرن به دستیابی به جزئیات بالا کمک می کنند. در عین حال، دید پروژه به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. بیان یک شی سه بعدی در یک صفحه دو بعدی آسان نیست، در حالی که تجسم سه بعدی این امکان را فراهم می کند که به دقت کار کنید و مهمتر از همه، تمام جزئیات را مشاهده کنید. این یک روش طبیعی تری برای تجسم است.

ایجاد تقریباً هر تغییری در مدل سه بعدی بسیار آسان است. می توانید پروژه را تغییر دهید، برخی از قسمت ها را حذف کرده و موارد جدید اضافه کنید. تخیل شما عملا نامحدود است و می توانید به سرعت گزینه ای را انتخاب کنید که مناسب شماست.

با این حال، مدل سازی سه بعدی نه تنها برای مشتری راحت است. برنامه های حرفه ای مزایای زیادی را برای سازنده نیز فراهم می کند. از یک مدل سه بعدی می توانید به راحتی نقاشی هر جزء یا کل ساختار را استخراج کنید. با وجود این واقعیت که ایجاد یک مدل سه بعدی یک فرآیند نسبتاً کار فشرده است، کار با آن در آینده بسیار ساده تر و راحت تر از نقاشی های سنتی است. در نتیجه زمان طراحی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و هزینه ها کاهش می یابد.

برنامه های اختصاصی امکان ادغام با هر نرم افزار حرفه ای دیگر مانند برنامه های مهندسی، ماشین ابزار یا برنامه های حسابداری را فراهم می کنند. اجرای چنین راه حل هایی در تولید باعث صرفه جویی قابل توجهی در منابع می شود، به طور قابل توجهی قابلیت های شرکت را گسترش می دهد، کار را ساده می کند و کیفیت آن را بهبود می بخشد.

برنامه های مدل سازی سه بعدی

تعداد بسیار زیادی برنامه مختلف برای مدل سازی سه بعدی وجود دارد. بنابراین، یکی از برنامه های محبوبی که به طور ویژه برای ایجاد گرافیک سه بعدی و طراحی داخلی طراحی شده است، برنامه 3D Studio MAX است. این به شما امکان می دهد تا اشیاء با پیچیدگی های مختلف را به طور واقع بینانه تجسم کنید. علاوه بر این، "3D Studio MAX" این امکان را فراهم می کند که آنها را بسازید، مسیر حرکت را تنظیم کنید و در نهایت حتی یک ویدیوی کامل شامل مدل های سه بعدی ایجاد کنید. اگرچه چنین کاری، البته، نیاز به یک متخصص برای داشتن مهارت های جدی، و همچنین منابع کامپیوتری بزرگ، در درجه اول حافظه و سرعت پردازنده دارد.

ویرایشگر مایا از کلمه سانسکریت به معنای توهم نامگذاری شده است. مایا توسط Alias ​​Systems توسعه یافته است. در اکتبر 2005، Alias ​​با Autodesk ادغام شد. مایا بیشتر برای ایجاد انیمیشن و جلوه های سه بعدی در فیلم ها استفاده می شود.